Es posible que los astrónomos hayan «salvado la cosmología» al reunir la muestra más grande hasta el momento de algunas de las galaxias más antiguas jamás vistas, las llamadas «pequeños puntos rojos«observado por el Telescopio espacial James Webb (JWST).
El equipo detrás de esta investigación encontró la mayoría de las galaxias antiguas en su muestra, que existieron antes de 1.500 millones de años después. el gran estallido – parecen albergar agujeros negros supermasivos que se alimentan rápidamente o se «acumulan».
La investigación debería poner fin a las afirmaciones de que el JWST ha «roto la cosmología» con su detección de galaxias tempranas sorprendentemente brillantes que parecía contener más estrellas de las que se esperaría en una etapa tan temprana de la historia del universo. En cambio, este nuevo estudio sugiere que gran parte de la luz de estos pequeños puntos rojos proviene de las condiciones turbulentas generadas por la festejando titanes cósmicos en sus corazones.
«Estamos confundidos por esta nueva población de objetos que ha encontrado el JWST. No vemos análogos de ellos con corrimientos al rojo más bajos. [corresponding to smaller distances]razón por la cual no los habíamos visto antes del JWST», dijo en un comunicado el líder del equipo Dale Kocevski de Colby College.
«Se está realizando una cantidad sustancial de trabajo para tratar de determinar la naturaleza de estos pequeños puntos rojos y si su luz está dominada por agujeros negros en acreción».
Ver rojo con el JWST
Tras su descubrimiento en 2022, los astrónomos ya sabían que los pequeños puntos rojos del JWST representaban un nuevo tipo de galaxia que nunca antes se había visto. También estaban desconcertados por lo comunes que parecían ser estas galaxias en el universo primitivo.
El equipo compuso su gran muestra de galaxias de «pequeños puntos rojos» utilizando datos de los estudios JWST. CERAS (Ciencia de liberación temprana de la evolución cósmica), JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), el NGDEEP (Público Exploratorio Extragaláctico Profundo de Próxima Generación) y el RUBIES (Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey).
Particularmente importantes para esta investigación de los pequeños puntos rojos fueron los datos del proyecto RUBIES, acertadamente llamado.
Esto reveló al equipo que aproximadamente el 70 por ciento de sus galaxias de muestra mostraban evidencia de gas girando a 2 millones de millas por hora (1000 kilómetros por segundo). Esta es una señal clara de una nube aplanada de gas y polvo llamada disco de acreción alimentando un agujero negro supermasivo en una región galáctica central conocida como Núcleo galáctico activo (AGN).
Las pequeñas galaxias de puntos rojos deben parte de su coloración a un fenómeno llamado «corrimiento al rojo». A medida que la luz de una galaxia viaja hacia la Tierra, la expansión del universo extiende su longitud de onda y, al mismo tiempo, reduce su frecuencia.
Esto desplaza la luz hacia el «extremo rojo» del espectro electromagnético. Cuanto más viaja la luz, más extremo es este efecto de corrimiento al rojo. Por tanto, las galaxias antiguas se describen como «galaxias de alto corrimiento al rojo».
Después de viajar durante muchos miles de millones de años, la luz cambia a longitudes de onda del infrarrojo cercano o infrarrojo, que son las longitudes de onda para las que el JWST está diseñado.
«Lo más interesante para mí son las distribuciones de corrimiento al rojo. Estas fuentes realmente rojas y de alto corrimiento al rojo básicamente dejan de existir en un cierto punto después del Big Bang», dijo Steven Finkelstein, miembro del equipo e investigador de la Universidad de Texas en Austin. «Si están creciendo agujeros negros, y creemos que al menos el 70% de ellos lo están, esto sugiere una era de crecimiento de agujeros negros oscurecidos en el universo temprano».
La cosmología está bien gracias a la alimentación de agujeros negros supermasivos
Es posible que haya leído titulares que sugieren que «la cosmología está rota» desde que el JWST comenzó a detectar estos pequeños puntos rojos antiguos.
Esto se debe a que los científicos se han estado preguntando cómo las primeras galaxias llegaron a contener poblaciones estelares lo suficientemente grande como para bombear tanta luz cuando el cosmos de 13.800 millones de años no tenía más del 12% de su edad actual. Este descubrimiento podría ayudar a explicar ese enigma.
Los AGN son extremadamente brillantes debido a la turbulencia creada en los discos de acreción por la increíble influencia gravitacional de los agujeros negros supermasivos con masas equivalentes a millones o miles de millones de soles.
Por lo tanto, gran parte de la luz de estas galaxias podría provenir de AGN alimentados por agujeros negros, no de estrellas. Eso significa que la población de estrellas en las pequeñas galaxias rojas no tiene que ser tan alta como para explicar su brillo.
«Así es como se resuelve el problema de la ruptura del universo», dijo Anthony Taylor, miembro del equipo y científico de la Universidad de Texas en Austin.
Sin embargo, esto no significa que se hayan resuelto todas las preguntas sobre los pequeños puntos rojos. Un misterio que persiste es la ausencia de galaxias menos desplazadas al rojo que se parezcan a estos pequeños puntos rojos en el universo local.
Una posible explicación podría ser el crecimiento «de adentro hacia afuera» de las galaxias.
formación de estrellas dentro de una galaxia se extiende desde su corazón hasta sus afueras. Eso significa que a medida que una galaxia envejece, la muertes de supernovas de estrellas están depositando cada vez menos gas en las proximidades del agujero negro supermasivo central en acreción. Esto significa que con el tiempo, el AGN se vuelve menos oscurecido por el gas y el polvo densos que lo rodean. A medida que el agujero negro se desprende de su capullo, alejando la materia con los potentes chorros de plasma que lanza, la galaxia se vuelve más brillante en longitudes de onda más azules y menos rojas, perdiendo así su estatus de pequeño punto rojo.
También apoya la idea del oscurecimiento de los AGN como la causa de los pequeños puntos rojos el hecho de que estas galaxias antiguas son tenues en alta energía. luz de rayos x. Este no es el caso de alimentar agujeros negros supermasivos más cercanos al vía Láctea que son brillantes en los rayos X.
Esto podría deberse a que las densas nubes de gas y polvo son expertas en absorber rayos X, impidiendo la emisión de esta luz de alta energía. Por lo tanto, la falta de rayos X de pequeños puntos rojos podría indicar agujeros negros densamente envueltos.
El equipo seguirá ahora multitud de caminos para comprender mejor las pequeñas galaxias de puntos rojos. Esto incluirá examinar su muestra de galaxias en luz infrarroja media.
Una visión más profunda de los pequeños puntos rojos y observaciones de seguimiento cuidadosamente seleccionadas podrían ayudar a resolver finalmente el misterio de estas desafiantes galaxias antiguas.
«Siempre hay dos o más formas potenciales de explicar las propiedades confusas de los pequeños puntos rojos», dijo Kocevski. «Es un intercambio continuo entre modelos y observaciones, encontrando un equilibrio entre lo que se alinea bien entre los dos y lo que entra en conflicto».
Los resultados del equipo se presentaron en la 245ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en National Harbor, Maryland, el martes (15 de enero) y fueron aceptados para su publicación en The Astrophysical Journal.